Отрицательное ускорение

Сто лет назад, 23 июня 1923 года, Эдди Рикенбакер объявил, что на моделях производства Rickenbaker Motor Company тормоза будут устанавливаться на всех четырех колесах. Это был очередной шаг на пути формирования привычного нам и сегодня облика автомобиля. Давайте вспомним, как развивалась тормозная система.

Автор Валерий Чусов

Любое транспортное средство должно иметь возможность замедлить ход и остановиться. У гужевых повозок кучер обычно управлял лошадями, хотя и на них были примитивные тормоза, чтобы ускорить остановку. Важность эффективных тормозов для механического транспортного средства продемонстрировала первая поездка паровика Николя Жозефа Кюньо в 1769 году – примитивный тормозной механизм не остановил машину, когда водитель не справился с управлением, и она въехала в стену. Поэтому уже на первых автомобилях предусматривались тормоза различной конструкции. В связи с применением резиновых шин для приложения тормозные силы пришлось прикладывать уже не к самим колесам, во избежание быстрого износа шин, а к соединенным с ними специальным деталям. Сначала это были бараны, которые опоясывали натягиваемые рычагами ленты.

 Барабаны и диски

Первый тормоз современного типа – барабанный с колодками внутри, придумал и запатентовал Луи Рено. Он вообще внёс большой вклад в формирование конструкции современного автомобиля. Именно автомобиль Renault Type B стал первым серийным автомобилем с закрытым кузовом и, как тогда говорили, «с внутренним управлением».

Рено усовершенствовал коробку передач, запатентовал наддув (хотя и не применял его), внедрил гидравлические амортизаторы. Этого предпринимателя и инженера не очень часто вспоминали после его смерти – ведь он умер в 1944 году в тюрьме, куда был заключен по обвинению в коллаборационизме с нацистскими оккупантами, а Renault была конфискована и национализирована. А изобретенные Луи барабанные тормоза в то время были практически на всех автомобилях. Интересно, что дисковый тормоз был запатентован Фредериком Уильямом Ланчестером в том же 1902 году, что и барабанный Луи Рено, но этот тип тормозного механизма нашел применение на серийных автомобилях только в самом конце сороковых годов.

Фредерик Уильям был конструктором широкого профиля, и занимался самими разными узлами и агрегатами. Его называют одним из трёх «отцов» британской автомобильной промышленности вместе с Гарри Рикардо и Генри Ройсом. Но в бизнесе ему не очень везло. Первая компанию по производству автомобильных он создал вместе с двумя братьями, она прошла через разорение. Фредерик Уильям ушел с поста руководителя Lanchester Motor Company в 1909 году, а в 1910 стал техническим консультантом британской Daimler Company. В 1931 году владельцы Daimler купили Lanchester, так что компании объединились. Интересно, что Lanchester любил король Георг VI.

 Хватало и двух

В первые десятилетия XX века считалось, что автомобилям достаточно тормозов на двух задних колёсах. Более того, затормаживание передними представлялось рискованным, и приводящим к потере управляемости. Поэтому тормоза на всех колёсах встречались лишь некоторых на гоночных автомобилях. В 1919 году их поставили на Hispano-Suiza H6.

Двигатель на основе авиационных моторов(во время войны Hispano-Suiza произвела двигатели для примерно половины самолётов французских и британских ВВС) при объеме 6,6 л развивал 135 л.с., и гоночная версия H6 разгонялась до 150 км/ч, так что автомобилю было необходимо эффективное торможение. Это был первый серийный автомобиль с тормозами на всех колёсах – если считать серийной роскошную машину, которую производили в среднем чуть больше сотни в год. Для сохранения управляемости и уменьшения вероятности заноса а использовалась регулировка распределения тормозных сил, также машина была оснащена механическим усилителем тормозов с приводом от двигателя. На ней конструктор Марк Биргкит продемонстрировал, что тормоза на передних колёсах не мешают сохранять управляемость и даже более эффективны, чем на задних.

Вскоре тормоза на всех колёсах стали появляться и на других моделях.

 Пилоту не поверили

Эдвард «Эдди» Рикенбакер, инженер, автогонщик и пилот истребителей во время Первой мировой (26 сбитых самолётов, восемь крестов «За выдающиеся заслуги» от США, орден Почётного легиона во Франции и другие награды) работал в американском автопроме с 15-летнего возраста. В 1919 году он принял предложение нескольких инвесторов о создании автомобиля среднего класса, и в 1922 году появилась первая модель Rickenbacker Motor Company (RMC).

В 1923 году Эдди объявил о важном новведении в виде тормозов на всех колёсах, исходя из своего гоночного опыта. Поразительно, но эта идея получила много негативных отзывов в СМИ, где это называли небезопасным. Как считал сам Рикенбакер, кампания была инспирирована конкурентами, в первую очередь Studebaker. Продажи несколько снизились, дело спасло только появление в гамме нового типа кузова.

В 1926 году Эдди покинул управляющий пост в компании его имени, а в 1927 она стала банкротом. Теми временем идея о тормозах на всех колесах перестала быть новинкой, и в тридцатые годы стала вполне общепринятой. Мощность двигателей и масса автомобилей росли, так что для обеспечения достаточно быстрого замедления тормозных механизмов только на двух колёсах уже не хватало.

Несмотря на долг в 250 тысяч долларов по обязательствам RMC Рикенбакер нашел новые точки приложения сил: создал авиакомпанию Florida Airways, затем занял 700 тысяч долларов и на них купил гоночную трассу в Индианаполисе, которой не только руководил, но и пользовался в качестве гонщика. Он руководил ею до 1941 года, когда гонки были отменены из-за войны, и продал в 1945-м.

Параллельно с гонками в 1929 году он убедил General Motors купить американское отделение нидерландской Fokker, и был назначен ее вице-президентом. А в тридцатые годы участвовал в создании авиакомпании Eastern Air Lines и возглавлял ее до 1959 года. Это был человек с разнообразными талантами.

Авиационный след есть и в другом важном нововведении в тормозных системах двадцатых годов. Гидравлический привод тормозов был предложен и запатентован в 1917 году Малькольмом Локхидом, который вместе с братом Алленом примерно в это время создал компанию по производству самолётов Lockheed. Гидропривод был эффективнее и надежнее, чем механический. Поэтому гидропривод, который впервые был применен в 1921 на роскошном Dusenberg, уже со второй половины двадцатых годов появился и на довольно массовых моделях, и вскоре стал общепринятым.

Вклад в совершенствование тормозных механизмов и систем внесли не только упомянутые люди и компании, но в пределах журнальной статьи всех перечислить трудно.

Зачем нужны четыре

Главной целью увеличения числа тормозов на автомобилях было повышение эффективности торможения. Тормоза превращают энергию движущегося автомобиля в тепло за счет трения, и чем их больше – тем больше возможностей для рассеивания этой энергии, тем быстрее снизится скорость машины. Эту же проблему решали и дисковые механизмы, заменившие барабанные – диск контактирует с охлаждающим его воздухом большей площадью, чем барабан. Именно для усиления охлаждения диски делают вентилируемыми, с каналами внутри, или с перфорацией.

Торможение всех колес также позволило сохранять управляемость.

С развитием автомобиля менялись и тормозные системы – для повышения надежности привода его стали делать двухконтурным, чтобы при выходе из строя одного контура второй обеспечивал возможность торможения. Появление антиблокировочной системы (АБС) тормозов значительно снизило вероятность заноса автомобиля. Впервые она была применена в авиации, и там называлась антиюзовой.

АБС контролирует вращение колеса, и если оно останавливается, а автомобиль продолжает движение, это означает, что колесо заблокировано и не катится, а скользит. Скольжение колеса означает, что колесо теряет контакт с дорогой, и автомобиль теряет управляемость. Водитель больше не контролирует движение, так как скользящее колесо может двигаться куда угодно – в то время как при сохранении качения автомобилю «легче» двигаться по траектории колеса. Кроме того, блокировка колеса означает, что тормозной механизм перестаёт выполнять свою основную функцию – превращение кинетической энергии автомобиля в тепло, рассеиваемое в воздухе. Ведь трения между диском или барабаном и колодкой больше нет, и они не нагреваются.

Для избавления от блокировки АБС отпускает тормоз на заблокированном колесе, таким образом, удерживая его на грани скольжения. Импульсный режим работы можно увидеть по следам торможения на сухой дороге – следы от шин остаются в виде отдельных штрихов, а не сплошной линии. Идеал – не доводить колесо до блокировки, и для приближения к нему конструкторы стремятся увеличить частоту срабатывания АБС. Большинство из них воздействуют на тормоза не менее 20 раз в секунду.

Основа для прогресса

Реализовать работу АБС можно и с помощью механических устройств, но они получаются слишком сложными и не очень точными. Первый патент на АБС был получен Карлом Весселем в Германии в 1928 году, а реализовали эту идею в 1941-м. Но результаты были не так хороши, как ожидалось. Первые АБС на грузовиках и спортивном Jensen FF появились в Великобритании начале шестидесятых, их дороговизна и сложность мешала массовому распространению.

В конце шестидесятых Daimler-Benz совместно с компанией TELDIX GmbH разработали электронную АБС, и в 1970 году она успешно прошла испытания. Электронное управление позволяло увеличить частоту срабатывания АБС.

Автомобили с антиблокировочной системой сохраняли управляемость при торможении на скользкой дороге и могли объехать препятствие, в то время как машины с обычной тормозной системой врезались в него.

Для серийного производства АБС Daimler-Benz привлек другую немецкую компанию – Bosch. В августе 1978 года начался приём заказов на первый серийный автомобиль, оснащённый АБС. Всё новое стоит дорого, поэтому достаётся богатым, Вот и АБС была предложена в качестве опции стоимостью 2 217,60 DM для Mercedes-Benz S-класса W 116. Это было 6,7% от стоимости самой доступной модификации 280S (33 000 DM). Для сравнения: автоматическую трансмиссию ставили за 1950 марок. Электроника в те годы стоила дорого.

В 1981 году появились АБС на грузовиках Mercedes-Benz с пневматическим приводом тормозов. В качестве партнёра выступила компания Wabco. АБС стали обязательными для всех новых легковых автомобилей в Европе с 2004 года, а для грузовиков и автобусов – ещё раньше.

На основе датчиков и исполнительных механизмов АБС были созданы и другие системы. Например, противобуксовочная система (ПБС) при обнаружении слишком быстрого вращения колеса по сравнению с другими – то есть пробуксовки, – притормаживает его, и снижает тягу двигателя. Её называют также системой контроля тяги.

Вершиной стала система динамической стабилизации – она помогает водителю удерживать автомобиль на траектории подтормаживая одно или несколько колес. Поскольку собственных исполнительных механизмов у такой системы нет, на Mercedes-Benz её назвали Elektronisches Stabilitätsprogramm, «Электронная программа стабилизации», сокращённо ESP. Audi использовала то же сокращение, но расшифровывала его на английском: Electronic Stability Program. Единого обозначения, как в случае с АБС, не сложилось, так что системы стабилизации у разных производителей называются по-разному.

Для работы таких систем и программ, конечно, необходимо, чтобы тормоза были на всех колёсах. Так Эдди Рикенбакер стал в какой-то степени соавтором современных систем безопасности.